一种生产锂离子电池负极材料的辊道炉窑及其炭化方法技术

一种生产锂离子电池负极材料的辊道炉窑及其炭化方法，该方法先配料得到混合料，混合料装入坩埚中，再将坩埚运输至预热室被回收的氮气预热，接着被运输至入口洗气室洗气，去除混合料中大部分水汽和空气，然后被运输至炉窑主体的加热段中被加热至高温，发生炭化和汽化，再接着被运输至冷却段，依次经氮气流进行第一次冷却，经水冷箱进行第二次冷却，经风冷却进行第三次冷却，紧接着到达出口洗气室，被通入的氮气进行第四次冷却，最后从出口洗气室出来的混合料通过回车线结构进入冷却室，经空气对流进行第五次冷却，最终冷却至室温，而后经卸料机从回车线上被卸下。本发明专利技术既节能减耗，且可以提高锂离子电池负极材料炭化处理的产量及效率。产量及效率。产量及效率。

【技术实现步骤摘要】
一种生产锂离子电池负极材料的辊道炉窑及其炭化方法


[0001]本专利技术涉及
，尤其指一种生产锂离子电池负极材料的辊道炉窑及其炭化方法。

技术介绍

[0002]在锂离子电池用的炭负极材料的工业生产中，经常要对粉状炭质中间体进行900℃
‑
1400℃的热处理，业内通常称之为炭化处理，与之对应的设备称为炭化炉。部分种类炭质中间体经过炭化处理后，可以直接作为负极材料进行使用或销售，还有一部分种类炭质中间体需要进行更高温度的石墨化处理才能使用。而石墨化处理属于高能耗、高成本生产过程。在石墨化前对它们进行预先炭化处理会显著提高材料装填密度，提高石墨化炉单炉产量，降低石墨化处理的生产成本。
[0003]目前，对于以粉体或小颗粒为主的炭质中间体物料的炭化处理装置主要有两类：井式炉和推板窑，这两种热处理装置有各自的优点，但都存在明显不足。井式炉作为以粉体或小颗粒为主的炭质中间体物料的炭化处理装置，产能较低，无法实现大规模连续生产；且生产过程中存在着较大的能源浪费，热效率低下；同时，炉甄反复急冷急热，造成其使用寿命普遍较低，进一步加大了生产成本。推板窑作为以粉体或小颗粒为主的炭质中间体物料的炭化处理装置，同样具有难以克服的多个缺点：1、加热元件及坩埚的损耗很大，设备运转维护费用大；2、被热处理的炭质中间体物料为间接加热，推板及坩埚的加热属于无效加热，热效率低，能耗大；3、大量惰性的保护气体的使用，进一步提高了生产成本；4、高挥发分物料产生的挥发分在高温下会在推板窑的加热元件上积碳，从而造成加热元件频繁损坏，导致推板窑无法对高挥发分物料进行炭化处理。
[0004]近年来锂离子电池行业发展迅猛，最初锂离子电池只是应用在手机、相机等小型数码产品上，如今扩展到电动汽车、无人机、储能电站等广泛领域，其对负极材料总的社会需求量由每年数千吨上升到每年几十万吨，提高了两个数量级。这就要求对应的生产装置必须满足大规模批量化生产的新要求。因此，提升负极材料炭化处理的效率，设计可供大规模高效生产的炭化炉，提高单位设备产能、降低能耗和成本，对锂离子电池行业的发展及新能源的推广有着重要的现实意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种生产锂离子电池负极材料的辊道炉窑及其炭化方法，该辊道炉窑不仅可有效提高锂离子电池负极材料炭化处理的产量及效率，且节能减耗。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方法：一种生产锂离子电池负极材料的辊道炉窑，包括炉窑主体、辊道结构、回车线结构、燃烧系统和氮气系统；
[0007]所述炉窑主体成隧道形状，所述炉窑主体的前半部为加热段、后半部为冷却段，所述炉窑主体的炉膛内自上而下依次设置上燃烧室、炭化室、下燃烧室，所述上燃烧室、下燃
烧室分别采用防焰挡板与炭化室进行分隔，所述炭化室内铺设辊道结构，所述辊道结构运输待炭化、冷却的混合料；
[0008]所述回车线结构设于炉窑主体一旁，所述回车线结构的前段按照其回车线的传送方向依次设有装料机和预热室，所述装料机用于装载待炭化的混合料，所述炉窑主体加热段的入口设有入口洗气室，所述预热室与入口洗气室连通；所述回车线结构的后段按照其回车线的传送方向依次设有冷却室和卸料机，所述炉窑主体冷却段的出口设有出口洗气室，所述冷却室与出口洗气室连通，所述卸料机用于将从冷却室冷却完的混合料从回车线上卸下来；
[0009]所述炉窑主体加热段的后段布设燃烧系统，所述燃烧系统给加热段的上燃烧室和下燃烧室提供燃气，产生热量；所述入口洗气室、出口洗气室、以及加热段与冷却段的交接处均布设氮气系统中的氮气传输管道，氮气传输管道将氮气输送至入口洗气室、出口洗气室、以及加热段与冷却段交接处的炭化室，所述加热段的前段、冷却段的后段均布设氮气系统的回收气泵和氮气回收管道，在回收气泵的作用下，炉窑主体炭化室内的氮气被回收至氮气回收管道中以重复利用，所述回车线结构的预热室布设氮气系统的回收气体输送管道，回收气体输送管道给预热室输送回收后被除尘、净化处理过的氮气；所述冷却段的后段还设置有多个水冷箱。
[0010]进一步地，所述上燃烧室和下燃烧室各占炉膛容积的15％，所述炭化室占炉膛容积的60％。
[0011]再进一步地，所述防焰挡板的宽度小于炉膛内宽、厚度小于2mm，所述防焰挡板被嵌于炉壁中的若干支撑条进行固定，防焰挡板与支撑条之间、以及相邻支撑条之间采用防火泥粘接；所述防焰挡板、支撑条以及辊道结构中的棍棒均采用耐高温的SiC材料制作而成。
[0012]更进一步地，所述燃烧系统包括多个燃气喷嘴，该多个燃气喷嘴均布在加热段后段的两侧，每一侧的燃气喷嘴均有半数由外而内横向贯穿炉壁与上燃烧室连通，另外半数由外而内横向贯穿炉壁与下燃烧室连通。
[0013]优选地，所述炉窑主体加热段和冷却段的长度均为43米。
[0014]作为本专利技术的另一面，一种生产锂离子电池负极材料的辊道炉窑的炭化方法，包括：
[0015]步骤S1，配料、装料：将天然球形石墨或人造炭质中间体与高温改质沥青混合得到混合料，使用装料机将混合料装入坩埚中；
[0016]步骤S2，预处理：先将步骤S1中装好混合料的坩埚运输至预热室，混合料经氮气系统回收的洁净高温氮气预热至100
‑
150℃后，再被运输至入口洗气室，往入口洗气室通入氮气，去除混合料中大部分水汽和空气后，接着被运输至炉窑主体的加热段中；
[0017]步骤S3，炭化和冷却：装好混合料的坩埚在辊道结构的运输下依次经过整个加热段和冷却段，混合料先在加热段被加热至1200℃
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1300℃，发生炭化和汽化，再接着在冷却段被冷却，冷却的过程如下：
[0018]混合料先经由冷却段前段的氮气流冷却至600℃
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700℃，再经冷却段的水冷箱冷却至320
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380℃，然后经过冷却段后段隔绝空气的位置进行风冷却至260
‑
310℃，接着达到出口洗气室，被通入的氮气冷却至35
‑
50℃；
[0019]步骤S4，出料：从出口洗气室出来的混合料通过回车线结构进入冷却室，经空气对流最终冷却至室温，而后经卸料机从回车线上被卸下。
[0020]进一步地，步骤S1，配料、装料：采用常规搅拌机将天然球形石墨或人造炭质中间体与高温改质沥青混合得到混合料，混合料比例为97:3，采用装料机将混合料加入坩埚至加满，坩埚体积为49.91L，载料量为28.9kg。
[0021]或者，步骤S1，配料、装料：采用常规搅拌机将天然球形石墨或人造炭质中间体与高温改质沥青混合得到混合料，混合料比例为96:4，采用装料机将混合料加入坩埚至加满，坩埚体积为49.91L，载料量为29.4kg。
[0022]或者，步骤S1，配料、装料：采用常规搅拌机将天然球形石墨或人造炭质中间体与高温改质沥青混合得到混合料，混合料比例为98:2，采用装料机将混合料加入坩埚至加满，坩埚体积为49.91L，载料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生产锂离子电池负极材料的辊道炉窑，其特征在于：包括炉窑主体(1)、辊道结构(2)、回车线结构(3)、燃烧系统(4)和氮气系统(5)；所述炉窑主体(1)成隧道形状，所述炉窑主体(1)的前半部为加热段、后半部为冷却段，所述炉窑主体(1)的炉膛内自上而下依次设置上燃烧室(101)、炭化室(102)、下燃烧室(103)，所述上燃烧室(101)、下燃烧室(103)分别采用防焰挡板(6)与炭化室(102)进行分隔，所述炭化室(102)内铺设辊道结构(2)，所述辊道结构(2)运输待炭化、冷却的混合料；所述回车线结构(3)设于炉窑主体(1)一旁，所述回车线结构(3)的前段按照其回车线(301)的传送方向依次设有装料机(302)和预热室(303)，所述装料机(302)用于装载待炭化的混合料，所述炉窑主体(1)加热段的入口设有入口洗气室(104)，所述预热室(303)与入口洗气室(104)连通；所述回车线结构(3)的后段按照其回车线(301)的传送方向依次设有冷却室(304)和卸料机(305)，所述炉窑主体(1)冷却段的出口设有出口洗气室(105)，所述冷却室(304)与出口洗气室(105)连通，所述卸料机(305)用于将从冷却室(304)冷却完的混合料从回车线(301)上卸下来；所述炉窑主体(1)加热段的后段布设燃烧系统(4)，所述燃烧系统(4)给加热段的上燃烧室(101)和下燃烧室(103)提供燃气，产生热量；所述入口洗气室(104)、出口洗气室(105)、以及加热段与冷却段的交接处均布设氮气系统(5)的氮气传输管道(501)，氮气传输管道(501)将氮气输送至入口洗气室(104)、出口洗气室(105)、以及加热段与冷却段交接处的炭化室(102)，所述加热段的前段、冷却段的后段均布设氮气系统(5)的回收气泵(502)和氮气回收管道(503)，在回收气泵(502)的作用下，炉窑主体(1)炭化室(102)内的氮气被回收至氮气回收管道(503)中以重复利用，所述回车线结构(3)的预热室(302)布设氮气系统(5)的回收气体输送管道，回收气体输送管道给预热室(302)输送回收后被除尘、净化处理过的氮气；所述冷却段的后段还设置有多个水冷箱。2.根据权利要求1所述的生产锂离子电池负极材料的辊道炉窑，其特征在于：所述上燃烧室(101)和下燃烧室(103)各占炉膛容积的15％，所述炭化室(102)占炉膛容积的60％。3.根据权利要求2所述的生产锂离子电池负极材料的辊道炉窑，其特征在于：所述防焰挡板(6)的宽度小于炉膛内宽、厚度小于2mm，所述防焰挡板(6)被嵌于炉壁中的若干支撑条(7)进行固定，防焰挡板(6)与支撑条(7)之间、以及相邻支撑条(7)之间采用防火泥粘接；所述防焰挡板(6)、支撑条(7)以及辊道结构(2)中的棍棒(201)均采用耐高温的SiC材料制作而成。4.根据权利要求3所述的生产锂离子电池负极材料的辊道炉窑，其特征在于：所述燃烧系统(4)包括多个燃气喷嘴(401)，该多个燃气喷嘴(401)均布在加热段后段的两侧，每一侧的燃气喷嘴(401)均有半数由外而内横向贯...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨程，黄东，黄斌，周磊，宋伟杰，徐平，
申请(专利权)人：湖南金石新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：